I ricercatori sono recentemente riusciti a sviluppare una struttura trasformante flessibile e resistente ispirata alla struttura di una stella marina e caratterizzata da proprietà di trasformazione 4D, con applicazioni promettenti nella robotica, nell’aviazione e nei dispositivi medici.
“La stella marina ha la straordinaria capacità di mantenersi facilmente in qualsiasi posizione corporea modificando la rigidità del suo scheletro interno”, afferma Raman, uno studente di dottorato presso il gruppo di lavoro sulle strutture biologiche e la biomimetica dell’Università di scienze applicate di Brema in Germania.
Gli ossicini sono minuscole strutture di calcite all’interno del corpo delle stelle marine collegate in una rete da fibre di collagene per formare lo scheletro interno. Questa struttura robusta e semplice gli consente di mantenere un’ampia gamma di posizioni del corpo con un consumo energetico minimo.
“Siamo rimasti affascinati da questa soluzione biologica a un complesso problema di ingegneria”, afferma Raman. “Il nostro obiettivo era scoprire i segreti del loro complesso scheletro e tradurre questi principi in un nuovo materiale con proprietà altrettanto affascinanti”.
Il signor Raman e il suo team hanno utilizzato un approccio multidisciplinare per questo progetto. Utilizzando scansioni a raggi X ad alta risoluzione, sono stati in grado di visualizzare gli scheletri di stelle marine e hanno utilizzato modelli matematici (analisi degli elementi finiti e simulazioni multicorpo) per comprendere la complessa meccanica interconnessa dei componenti scheletrici.
“Per la prima volta, siamo stati in grado di dimostrare la complessa struttura 3D dello scheletro della stella marina e la struttura fine dei minuscoli ossicini”, afferma Raman. “Abbiamo ora utilizzato queste informazioni nel processo di bioprogettazione della nostra struttura mutante. incorporando tecniche di prototipazione rapida per la produzione”.
Il signor Raman e il suo team hanno utilizzato la stampa 3D per produrre vari prototipi in grado di realizzare una gamma impressionante di sfide fisiche. “La nostra struttura di trasformazione brevettata ispirata alle stelle marine è caratterizzata da autobloccaggio, flessione continua, autorigenerazione e memoria di forma”, afferma Raman.
La scalabilità, il basso costo e la relativa facilità di produzione di questa struttura variabile offrono molte opportunità per applicazioni industriali, tra cui robotica, aeronautica e dispositivi biomedici come protesi e impianti.
Questo studio è stato finanziato dal programma FHprofUnt 2018 del Ministero federale tedesco dell’Istruzione e della ricerca (BMBF), progetto numero 13FH150PX8 (JHD, SL) e una borsa di studio di dottorato presso l’Università di Brema (R).
Questa ricerca sarà presentata alla conferenza annuale della Society for Experimental Biology che si terrà a Praga dal 2 al 5 luglio 2024.
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